專利名稱：結(jié)晶二硅酸鈉制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備具有層狀結(jié)構(gòu)、SiO2與Na2O的摩爾比率為(1.9到2.1)∶1、含水量小于0.3wt%的結(jié)晶二硅酸鈉的方法，其中將砂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，SiO2與Na2O的摩爾比率為(2.0到2.3)∶1，得到含至少20wt%固體的水玻璃溶液，用溫度為200到300℃的熱空氣對(duì)水玻璃溶液進(jìn)行噴霧干燥形成粉末狀非晶形二硅酸鈉，其含水量(即在700℃加熱時(shí)所損失的水量)為15到23wt%，堆積密度大于300g/l。
DE-OS4，031，848提出了一種通過(guò)含有至少20%的固體的水玻璃溶液制備具有層狀結(jié)構(gòu)、SiO2與Na2O的摩爾比率為(1.9到2.1)∶1、含水量小于0.3wt%的結(jié)晶二硅酸鈉的方法。在這種方法中，水玻璃溶液是由石英砂以SiO2與Na2O的摩爾比率為(2.0到2.3)∶1的比例和氫氧化鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)得到的，反應(yīng)溫度為180到240℃，壓力為10到30bar，這種水玻璃溶液在噴霧干燥區(qū)用溫度為200到300℃的熱空氣處理，形成粉末狀的非晶形硅酸鈉，其含水量(在700℃加熱時(shí)損失的水量)為15到23wt%，堆積密度大于300g/l。將粉末狀的、非晶形含水硅酸鈉引入一傾斜的裝有移動(dòng)固體裝置的旋轉(zhuǎn)爐中，用溫度高于500到850℃的煙道氣逆流處理1到60分鐘，形成結(jié)晶硅酸鈉，最后，將結(jié)晶硅酸鈉移出直接加熱的旋轉(zhuǎn)爐，并用機(jī)械粉碎機(jī)細(xì)碎成0.1到12mm的微粒。
已知方法的缺點(diǎn)是難于在旋轉(zhuǎn)爐中建立穩(wěn)定的溫度發(fā)布，因?yàn)槊繂挝粫r(shí)間的煙道氣量和溫度都在變化。用這種方法產(chǎn)生的結(jié)晶二硅酸鈉的質(zhì)量不穩(wěn)定。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制備結(jié)晶二硅酸鈉的方法，其中可在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到的質(zhì)量均勻的結(jié)晶二硅酸鈉，根據(jù)本發(fā)明，達(dá)到這一目的方法是將噴霧干燥過(guò)的粉末狀的非晶形二硅酸鈉磨碎，再將粉末狀的二硅酸鈉引入配有移動(dòng)固體裝置的旋轉(zhuǎn)爐，旋轉(zhuǎn)爐在外面通過(guò)壁加熱，其內(nèi)部有許多不同的溫度區(qū)域。最后在400-800℃的溫度下將二硅酸鈉處理1至60分鐘，形成結(jié)晶二硅酸鈉。
本發(fā)明方法的優(yōu)選形式為按以下方式來(lái)設(shè)計(jì)a)噴霧干燥過(guò)的粉末狀，非晶形二硅酸鈉被粉碎成1到50μm的微粒;
b)送出旋轉(zhuǎn)爐的粉末狀結(jié)晶二硅酸鈉是0.1到12mm的微粒，用磨粉機(jī)將其細(xì)碎成2到400μm的微粒;
c)將粉末狀結(jié)晶二硅酸鈉送入輥式壓力機(jī)，在5到40KN/cm輥筒寬度的壓力下降其壓成緊密狀塊;
d)緊密狀塊被機(jī)械粉碎成堆積密度為700到1000g/l的顆粒;
e)旋轉(zhuǎn)爐通過(guò)壁在外面加熱，其內(nèi)部至少有4個(gè)不同的溫度區(qū)域;
f)在鄰近入口的第一個(gè)溫度區(qū)，溫度維持在200至500℃，第二個(gè)溫度區(qū)維持在400到600℃，第三溫度區(qū)維持在550至700℃，鄰近出口的第四溫度區(qū)維持在650到800℃。
在本發(fā)明的方法中，對(duì)旋轉(zhuǎn)爐的加熱是通過(guò)爐壁在外面進(jìn)行的(所謂間接加熱)，這樣熱量可通過(guò)爐壁均勻地傳遞給二硅酸鈉，能量得到較好地利用。
按照本發(fā)明的方法，旋轉(zhuǎn)爐縱向溫度控制即溫度分布，可通過(guò)相互獨(dú)立的多個(gè)燃燒室進(jìn)行，而無(wú)需改變旋轉(zhuǎn)爐中氣體的速度，利用這種辦法可更精確地調(diào)整形成δ-Na2Si2O5的溫度范圍，并且保持恒定以減少產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的α-Na2Si2O5的危險(xiǎn)。
按照本發(fā)明的方法，沒(méi)有煙道氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)爐的反應(yīng)室，在反應(yīng)室中的氣體速度實(shí)際上很低，因而只有少量的塵埃從旋轉(zhuǎn)爐中流出。
按照本發(fā)明的方法，通過(guò)爐壁對(duì)旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)行外部加熱所產(chǎn)生的約700℃的廢熱氣體，因?yàn)椴缓瑝m埃，可被用來(lái)，例如，在噴霧干燥塔中干燥水玻璃溶液。
在附圖
中，部分圖示了一個(gè)利用本發(fā)明方法進(jìn)行生產(chǎn)的設(shè)備。
將噴霧干燥過(guò)的粉末狀非晶形二硅酸鈉通過(guò)輸料管道2送進(jìn)旋轉(zhuǎn)爐1，并通過(guò)爐壁在外面加熱，同時(shí)，通過(guò)在旋轉(zhuǎn)爐1的另一端的輸出管道4將結(jié)晶二硅酸鈉引入冷卻器3中，冷卻器3配備一條用于成品的填充管道5，旋轉(zhuǎn)爐1的夾套分成多個(gè)燃燒室，每個(gè)燃燒室與一個(gè)加熱氣體管道(6，7，8，9)相通。在這種情況下，每個(gè)加熱氣體管道(6，7，8，9)同一個(gè)空氣供氣管(10，11，12，13)和一個(gè)煙道氣供氣管(14，15，16，17)相連，通過(guò)這種方法，可對(duì)旋轉(zhuǎn)爐夾套的每個(gè)燃燒室的加熱氣體溫度分別進(jìn)行調(diào)整。
旋轉(zhuǎn)爐1側(cè)面連有輸料管2，以及輸氣管18，它與清洗器19相通。清洗器通過(guò)第一條管線20與廢氣系統(tǒng)相連，通過(guò)第二條管線21同廢水處理設(shè)備7相連。最后，從旋轉(zhuǎn)爐上端接引出廢氣管22，該廢氣管可導(dǎo)向，例如，噴霧干燥塔。
例1(現(xiàn)有技術(shù))將砂(含99%的SiO2，顆粒尺寸90%＜0.5mm)和以SiO2與Na2O的摩爾比率計(jì)為2.15∶1的，濃度為50wt%的氫氧化鈉溶液放入一個(gè)裝備有攪拌設(shè)施的，鍍鎳的，圓柱狀的加熱器中。通過(guò)注入蒸氣(16巴)將混合物加熱至200℃，并同時(shí)攪拌，在這個(gè)溫度下放置60分鐘。借助一個(gè)汽提器將加熱器中的物料閃蒸而進(jìn)入一個(gè)容器中。加入0.3wt%的珍珠巖作為助濾劑，在90℃下沉淀不可溶物質(zhì)，并通過(guò)圓盤壓濾器進(jìn)行過(guò)濾。所得到的過(guò)濾液是清澄的水玻璃溶液，其SiO2與Na2O的摩爾比率為2.04∶1。用水進(jìn)行稀釋達(dá)到固體含量45%。
將水玻璃溶液噴入裝有圓盤霧化器的熱水噴霧干燥塔中，噴霧干燥塔通過(guò)燃燒氣體的燃燒室加熱并連結(jié)氣體清洗袋濾器以分離產(chǎn)品。以這種方式調(diào)整加熱室使得進(jìn)入塔頂?shù)臒釟獾臏囟葹?60℃。將被噴霧的水玻璃溶液的比率以這種方式進(jìn)行調(diào)整，使得離開噴霧干燥塔的硅酸鹽/氣體混合物的溫度為105℃。根據(jù)噴霧干燥塔的體積和通過(guò)噴霧干燥塔的氣體量可算出滯留時(shí)間為16秒。在袋濾器中分離出的非晶形二硅酸鈉的堆積密度為480g/l，形成塵埃的趨勢(shì)較小，其含鐵量為0.01wt%，SiO2與Na2O的比率為2.04∶1，在700℃加熱時(shí)的損失為19.4wt%，它的平均微粒直徑為52μm。
每小時(shí)將60kg的非晶形的二硅酸鈉裝入一個(gè)直接加熱的旋轉(zhuǎn)爐中(長(zhǎng)5m，直徑78cm，傾斜度1.2°)，旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)用多層礦物纖維金屬板保溫，使得旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度為730℃，其外壁溫度最多54℃。在放出旋轉(zhuǎn)爐的結(jié)晶二硅酸鈉中，二硅酸鈉含15wt%的α-Na2Si2O5，含水量(在700℃加熱損失的水量)為0.1%，用機(jī)械粉碎機(jī)將其細(xì)碎成小于6mm的微粒，在經(jīng)過(guò)冷卻后，用圓盤研磨機(jī)(直徑為30cm)以400min-1將其磨碎成直徑小于110μm的微粒，所得粉末的含鐵量和非晶形二硅酸鈉相同。
旋轉(zhuǎn)爐的廢氣在非晶形二硅酸鈉的入口處被吸出，然后送入清洗塔中。每小時(shí)有5kg的二硅酸鈉連同廢氣放出。
例2(本發(fā)明)根據(jù)和例1相類似的方法，用含45%固體的水玻璃溶液在熱氣噴霧干燥塔中制備非晶形二硅酸鈉，其含水量(在700℃加熱時(shí)所損失的水量)為19.0%，堆積密度為420g/l，然后通過(guò)噴氣研磨機(jī)將其磨碎成平均直徑為35μm的微粒，堆積密度630g/l。
每小時(shí)將25kg的粉末非晶形二硅酸鈉置入旋轉(zhuǎn)爐(長(zhǎng)度5.3m;直徑40cm;傾斜度5mm/m
0.3°)，旋轉(zhuǎn)爐通過(guò)爐壁和測(cè)量絲在外面加熱，鄰近入口的第一個(gè)燃燒室的區(qū)域(見圖)的溫度為460℃，第二個(gè)燃燒室區(qū)域的溫度為580℃，第三個(gè)燃燒室區(qū)域的溫度為650℃，鄰近出口處的第四個(gè)燃燒室區(qū)域的溫度為690℃。在入口處裝有移動(dòng)固體的機(jī)械裝置，其形狀可防止非晶形二硅酸鈉在旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)壁該區(qū)域結(jié)殼并且不會(huì)在旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)壁其它部分或其運(yùn)輸元件上結(jié)殼。
該旋轉(zhuǎn)爐排出的結(jié)晶二硅酸鈉僅含4wt%α-Na2Si2O5，水含量(700℃燒失量)0.1wt%，其進(jìn)一步加工用粉碎機(jī)和圓盤研磨機(jī)同于例1進(jìn)行。
例3(本發(fā)明)例2所得平均直徑145μm的產(chǎn)品用內(nèi)置機(jī)械篩分裝置的流化床/反饋流研磨機(jī)進(jìn)一步磨碎。根據(jù)篩分器設(shè)定的轉(zhuǎn)速，可得到二硅酸鈉，其中沒(méi)有表面粗糙顆粒，其平均直徑2-15μm，水含量為0.14wt%，而且其層狀結(jié)構(gòu)仍保持不變。
例4(本發(fā)明)例2所得產(chǎn)品再用裝有剛玉球的陶瓷夾球磨機(jī)研磨，得到?jīng)]有表面粗糙顆粒的二硅酸鈉，根據(jù)研磨時(shí)間，其平均粒徑5-14μm，層狀結(jié)構(gòu)以保持不變。
例5(本發(fā)明)例2所得產(chǎn)物在輥壓機(jī)中加工，其中用5cm寬的壓輥，壓力為30kN/cm輥寬，后續(xù)在篩分成粒機(jī)中研磨壓塊而得無(wú)塵顆粒，其平均直徑750μm，堆積密度820g/l，研磨穩(wěn)定性高。
為確定研磨穩(wěn)定性，50g顆粒在球磨機(jī)中以100min-1的轉(zhuǎn)速研磨5分鐘(研磨機(jī)長(zhǎng)10cm，直徑11.5cm，放有8個(gè)直徑2cm的鋼球)。
進(jìn)行研磨試驗(yàn)后，平均粒徑僅615μm，這相當(dāng)于縮小18%。
下表中給出的例中所得結(jié)晶二硅酸鈉結(jié)合石灰的能力測(cè)定方法如下將CaCl2液(相當(dāng)于300mg CaO)加入1l蒸餾水中，得到德國(guó)硬度30°的水。
1l該水加熱到20或60℃后加入1克例中所得結(jié)晶二硅酸鈉和0-6ml的1摩爾甘氨酸液(75.1g甘氨酸和58.4gNaCl用水溶解達(dá)到1l)，從而調(diào)為pH10.4。該懸浮液在選定溫度(20或60℃)攪拌30min，其中pH保持不變。最后，混合物過(guò)濾并配位滴定法測(cè)定濾液中剩余的鈣。結(jié)合石灰能力即可從原含量減法計(jì)算而得。
表pH10.4時(shí)二硅酸鈉結(jié)合石灰能力(mgCa/gNa2Si2O5)例20℃60℃1821322，3，4，5， 8413權(quán)利要求
1.用水玻璃液制備層狀結(jié)構(gòu)，SiO2與Na2O摩爾比(1.9-2.1)∶1且水含量少于0.3wt%的方法，其中將砂與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，在SiO2與Na2O摩爾比(2.0-2.3)∶1，溫度180-240℃，壓力10-30巴下得到水玻璃液，其固體含量至少20wt%，用200-300℃熱空氣噴霧干燥該水玻璃液而形成粉末狀非晶形二硅酸鈉，其含水量(700℃下燒失量)15-23wt%，堆積密度大于300g/l，該方法包括研磨噴霧干燥所得粉末狀非晶形二硅酸鈉，將研磨二硅酸鈉引入裝有移動(dòng)固體裝置的旋轉(zhuǎn)爐并經(jīng)過(guò)其壁外加熱，其內(nèi)部有多個(gè)不同的溫度區(qū)域，在400-800℃下將研磨二硅酸鈉處理1-60分鐘而形成結(jié)晶二硅酸鈉。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將噴霧干燥后的粉末狀非晶形二硅酸鈉研磨成粒徑1-50μm的顆粒。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中從旋轉(zhuǎn)爐排出的粒徑0.1-12mm的粉末狀結(jié)晶二硅酸鈉用研磨機(jī)研磨成粒徑2-400μm的顆粒。
4.權(quán)利要求1-3中至少一項(xiàng)的方法，其中將研磨結(jié)晶二硅酸鈉顆粒引入輥壓機(jī)并將其以5-40kN/cm輥寬的壓力壓成塊。
5.權(quán)利要求4的方法，其中壓塊經(jīng)機(jī)械研磨加工成堆積密度700-1000g/l的顆粒。
6.權(quán)利要求1-5中至少一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)壁外加熱的旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)有至少4個(gè)不同溫度的區(qū)域。
7.權(quán)利要求6的方法，其中鄰近入口的第一溫度區(qū)域保持200-500℃，第二溫度區(qū)域保持400-600℃，第三溫度區(qū)域保持550-700℃，而鄰近出口的第四溫度區(qū)域保持650-800℃。
全文摘要
層狀結(jié)構(gòu)且SiO
文檔編號(hào)C01B33/32GK1088547SQ9211464
公開日1994年6月29日 申請(qǐng)日期1992年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月21日
發(fā)明者M·科茨安, G·施梅爾, A·太泊爾, K·包爾 申請(qǐng)人:赫徹斯特股份公司